Una de las preguntas fundamentales sobre el origen de la vida en nuestro planeta es de dónde proceden los materiales que facilitaron la aparición y evolución de los primeros seres vivos. Un nuevo estudio ha puesto la mirada en los meteoritos.
Investigadores de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, han echado mano de las huellas químicas del zinc contenido en meteoritos para determinar el origen de los elementos volátiles en la Tierra y que jugaron un papel primordial en la aparición de la vida.
Los resultados del trabajo de investigación, que han sido publicados en la revista Science Advances, sugieren que, sin asteroides no fundidos es posible que no hubiera en la Tierra suficiente cantidad de estos compuestos volátiles para que surgiera la vida tal y como la conocemos.
La pregunta de cómo se cocinaron los componentes básicos de la vida, como los aminoácidos, los ácidos nucleicos (ADN y ARN), los lípidos, los carbohidratos y los nucleótidos, así como el agua, el metano, el amoniaco, el dióxido de carbono y otrasmoléculas simples, ha intrigado a los científicos durante décadas.
Y aunque no hay una respuesta definitiva, existen varias teorías científicas que buscan explicar el enigmático proceso de la aparición de la vida en la Tierra.
El origen de la vida en la Tierra según Oparin y Haldane
Los ingredientes de la sopa primordial
Una de las primeras propuestas sobre la génesis de la vida, desarrollada por el bioquímico soviético Alexander Oparin y el genetista británico John Haldane en la década de los años veinte del siglo pasado, sugiere que los componentes básicos de la vida se formaron en la Tierra misma, a partir de la interacción entre moléculas simples e inertes en lagos y océanos primitivos.
Haldane acuñó el término sopa primordial o caldo primigenio para describir este aliño químico en el que habrían surgido las primeras moléculas orgánicas necesarias para mantener las primeras formas de vida.
Oparin y Haldane argumentaron que la atmósfera de la Tierra primitiva era rica en gases como metano (CH₄), amoniaco (NH₃), agua (H₂O) y dióxido de carbono (CO₂), ricos en nitrógeno, hidrógeno y carbono, pero carecía de oxígeno libre.
El experimento de Miller-Urey: validación de la teoría de la sopa primordial
En este ambiente, las descargas eléctricas, como los rayos de las tormentas, y la radiación ultravioleta habrían proporcionado la energía necesaria para que las moléculas simples se combinaran en compuestos más complejos, como los aminoácidos y los nucleótidos, que son los bloques fundamentales de las proteínas y el ADN, respectivamente.
Esta teoría fue respaldada experimentalmente en 1953 por el famoso ensayo llevado a cabo por el ornitólogo estadounidense Stanley Miller y el Premio Nobel de Química Harold Urey. Estos mezclaron gases que se creía que componían la atmósfera primitiva —metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua— y sometieron esta sopa a descargas eléctricas, que simulaban los rayos de la Tierra primitiva, y a calor, para representar el calor geotérmico.
Después de unos días, Miller y Urey encontraron que se habían formado varios aminoácidos y otras moléculas orgánicas, lo que proporcionó la primera evidencia experimental de que las moléculas orgánicas básicas para la vida podían haberse formado espontáneamente en la Tierra primitiva a partir de compuestos más simples.
El origen de la vida en la Tierra: la hipótesis de las fuentes hidrotermales
La vida pudo surgir al calor de las fuentes hidrotermales de los océanos
Otra hipótesis más reciente, sitúa la génesis de la vida en las llamadas fuentes hidrotermales, aún hoy muy abundantes en las profundidades de los océanos. Estas grietas por las que brota agua geotermalmente caliente y rica en minerales, crean un ambiente químicamente favorable para la síntesis de moléculas orgánicas.
En las profundidades marinas, la energía necesaria para los procesos bioquímicos que dieron lugar a la vida pudo provenir de la actividad geotérmica, en lugar de la luz solar o los relámpagos.
En palabras de los defensores de la teoría conocida como mundo de agua, las fuentes hidrotermales proporcionan un entorno donde moléculas como el sulfuro de hidrógeno (H₂S) y el metano podrían haber reaccionado con minerales ricos en hierro y níquel. Esto generaría moléculas más complejas que luego habrían dado lugar a las primeras formas de vida.
La teoría de la panspermia sobre el origen de la vida en la Tierra
La materia prima de la vida e incluso los primeros microorganismos llegaron del espacio
Sin embargo, hay científicos que sostienen que los ingredientes elementales de la receta de la vida —e incluso los primeros microorganismos— vinieron del espacio. Esta idea, conocida como panspermia, fue propuesta inicialmente por el filósofo griego Anaxágoras, pero ha ganado interés en la ciencia moderna.
La panspermia podría haber ocurrido a través de varios mecanismos. Se ha encontrado que algunos meteoritos contienen aminoácidos y otros compuestos orgánicos. Estos objetos, así como los cometas, bombardearon de forma intensa la Tierra primitiva y cabe la posibilidad de que trayeran consigo estos ingredientes cruciales para la vida.
También se ha sugerido que moléculas orgánicas complejas pueden formarse en el espacio interestelar, y viajar a lomos de granos de polvo o fragmentos de cometas que chocaron contra nuestro planeta hace entre 3.500 y 4.000 millones de años, un periodo de tiempo en el que los biólogos creen que se fraguó la vida.
HONPS, el grupo de los seis elementos «vitales»
El nuevo estudio publicado por científicos de la Universidad de Cambridge apunta en esta dirección, para explicar la procedencia de los elementos volátiles indispensables en la fórmula de la vida.
Los volátiles son elementos o compuestos que se transforman en vapor a temperaturas relativamente bajas. Entre ellos, se encuentran los seis elementos más comunes en los organismos vivos o CHONPS —carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno, (N), fósforo (P) y azufre (S)—, así como el agua.
El zinc que se encuentra en los meteoritos tiene una composición única, por lo que puede utilizarse para identificar las fuentes de los elementos volátiles de la Tierra.
Un elemento que nos llegó de más allá de Júpiter
Los investigadores de la Universidad de Cambridge y del Imperial College de Londres habían descubierto anteriormente que el zinc de la Tierra procedía de diferentes partes del Sistema Solar: aproximadamente la mitad vino de más allá de Júpiter y la otra mitad se originó en zonas más próximos a nuestro mundo.
«Una de las cuestiones más elementales sobre el origen de la vida es de dónde proceden los materiales que necesitamos para que la vida evolucionara»
doctora Rayssa Martins, Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge
La doctora Rayssa Martins, del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge aclara en una nota de prensa emitida por esta institución que si pudiéramos entender cómo llegaron estos materiales a la Tierra, tendríamos nuevas pistas sobre cómo se originó la vida aquí y cómo podría surgir en otros lugares.
Una pista podría estar oculta en los planetesimales, los principales impulsores de los planetas rocosos, como la Tierra. Estos pequeños cuerpos se forman mediante un proceso llamado acreción, en el que las partículas que rodean a una estrella joven empiezan a juntarse entre sí y forman cuerpos con un tamaño cada vez mayor.
El papel de los planetesimales en el origen de la vida en la Tierra
Ahora bien, no todos los planetesimales son iguales. Los primeros planetesimales que se formaron en el Sistema Solar estuvieron expuestos a altos niveles de radiactividad, lo que provocó que se fundieran y perdieran sus ingredientes volátiles.
Pero algunos planetesimales crecieron después de que estas fuentes de radiactividad se extinguieran en su mayor parte, lo que los ayudó a sobrevivir al proceso de fusión y, por tanto, conservaran una generosa ración de sus compuestos volátiles.
En el artículo publicado en la revista Science Advances, Martins y sus colegas cuentan que han analizado las distintas formas de zinc que llegaron a la Tierra procedentes de estos planetesimales.
«Estudios recientes han demostrado que los meteoritos presentan firmas isotópicas únicas e independientes de la masa del elemento volátil zinc, lo que sugiere que el zinc de la Tierra se originó a partir de materiales procedentes de distintas regiones del Sistema Solar —afirman los científicos en su artículo—. Sin embargo, estos estudios omitieron en gran medida los meteoritos de los planetesimales diferenciados que se cree que representan los bloques de construcción de la Tierra y que sufrieron fusión y pérdida sustancial de volátiles».
El zinc juega un papel importante en los organismos
Para avanzar en su investigación, los científicos midieron los niveles de zinc presente en una amplia muestra de meteoritos procedentes de diferentes planetesimales, y utilizaron estos datos para modelizar cómo la Tierra obtuvo este elemento metálico.
Llegados a este punto hay que decir que el zinc, aunque no forma parte del grupo CHONPS, es un elemento esencial que desempeña un papel fundamental en varios procesos biológicos y en la salud de los organismos.
Sin ir más lejos, el zinc es un componente esencial de más de trescientas enzimas, resulta ser crucial para el sistema inmunológico y juega un papel clave en la regulación de la expresión génica a través de las proteínas conocidas como de dedo de zinc (zinc finger proteins, en inglés).
Cuando el Sistema Solar era una nube de gas y polvo interestelar
El modelo de Cambridge incluye todo el periodo de acreción de la Tierra, que arrancó hace unos 4.600 millones de años, cuando el Sistema Solar comenzó a formarse a partir de una nube de gas y polvo interestelar, y que duró decenas de millones de años.
Los resultados del trabajo muestran que, aunque estos planetesimales fundidos contribuyeron en un 70 % a la masa total de la Tierra, solo aportaron alrededor del 10 % de su zinc.
Según el modelo, el resto del zinc de la Tierra procedía de materiales que no se fundieron ni perdieron sus elementos volátiles. Los hallazgos de Martins y sus colegas sugieren que los materiales no fundidos o primitivos fueron una fuente esencial de compuestos volátiles para la Tierra y su experimento de crear vida.
Condición obligatoria para el origen de la vida en la Tierra: agua líquida
«Sabemos que la distancia entre un planeta y su estrella es un factor determinante a la hora de establecer las condiciones necesarias para que ese planeta pueda albergar agua líquida en su superficie —afirma Martins, autor principal del estudio. Y continúa—: Ahora bien, nuestros resultados muestran que no hay garantía de que los planetas incorporen los materiales adecuados para tener suficiente agua y otros volátiles de inicio, independientemente de su estado físico».
La capacidad de rastrear elementos a través de millones o incluso miles de millones de años de evolución podría ser una herramienta vital en la búsqueda de vida en otros mundos, como Marte, o en planetas fuera de nuestro sistema solar, los conocidos como exoplanetas.
«También es probable que se den condiciones y procesos similares en otros sistemas planetarios jóvenes»
Rayssa Martins
La doctora Martins concluye que los papeles que desempeñan estos diferentes materiales en el suministro de compuestos volátiles es algo que deberíamos tener en cuenta a la hora de buscar planetas habitables en otros lugares del universo.
